Cyber-Physische Systeme

In heutigen Produktionssystemen leisten die Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) einen erheblichen Beitrag zur effizienten Durchführung von Produktionsprozessen. Die entscheidende Schnittstelle zwischen der prognosebasierten Planung und ihrer produktionsnahen Umsetzung bildet der Austausch von Plan- und Rückmeldedaten. Es ist zu erwarten, dass sich Entwicklungen im Zuge der Industrie 4.0 in einer Steigerung der Datenqualität und -aktualität widerspiegeln werden und so zu verbesserten Ergebnissen im Rahmen der Produktionsplanung führen. In dem vorliegenden Beitrag werden die Aufgaben der Produktionsplanung hinsichtlich ihrer Entwicklungspotenziale im Kontext der Industrie 4.0 beleuchtet.

Die statische Prägung von Netzwerken ermöglicht Akteuren größeren zeitlichen Handlungsspielraum für Entscheidungsprozesse, um adäquat auf Veränderungen reagieren zu können. Die Dynamik dieser Veränderungen, die häufig in Nachfrage- und Planungsschwankungen begründet sind, erhöht die Komplexität von Entscheidungsprozessen in Netzwerken. Dies führt zu einem stetigen Wandel zu dynamischen Netzwerken, in denen Reaktionen in Echtzeit notwendig sind [1]. Dem Einsatz von intelligenten Technologien wird in diesem Rahmen eine Schlüsselrolle zukommen. Realisiert wird dies durch die digitale Vernetzung von Wertschöpfungspartnern mithilfe Cyber-Physischer Systeme. Diese verknüpfen die virtuelle mit der physischen Welt, um sowohl innerbetriebliche Prozesse zu unterstützen als auch die smarte Steuerung von globalen Logistiknetzwerken zu ermöglichen.

Revolutionen werden oft als disruptive Änderung bestehender Ordnungen verstanden. Die 4. industrielle Revolution fußt jedoch auf Technologien und Konzepten, die bereits die 3. industrielle Revolution maßgeblich mitbestimmt haben. Hier sind vor allem der Einsatz von Computertechnologien in industriellen Umgebungen und das Toyota Produktionssystem (TPS) zu nennen. Aus TPS und dem Bestreben, Verschwendung zu vermeiden, hat sich die sogenannte Wertstromanalyse (engl. Value Stream Mapping) entwickelt, die sich ebenso für die wertschöpfende Auslegung Cyber-Physischer Systeme und der entsprechenden Informationsflüsse eignet.

Die stärkere Präsenz von Cyber-Physischen-Systemen (CPS) in Produktion und Logistik führt häufig zu der Annahme, dass zukünftig vornehmlich Arbeitsplätze für hochqualifizierte Beschäftige zur Verfügung stehen werden. Für Geringqualifizierte führt diese Annahme zu dem Schluss, dass CPS für sie ein Risiko darstellen, da sie durch steigende Arbeitsanforderungen von ihren angestammten Arbeitsplätzen verdrängt werden. Im Umfeld der sogenannten vierten industriellen Revolution oder kurz Industrie 4.0 wird diese Entwicklung häufig als unausweichlich dargestellt. Eine detaillierte Untersuchung der Chancen des Einsatzes von CPS auf Geringqualifizierte ist hingegen noch nicht umfassend erfolgt. In diesem Beitrag werden einige technische Ansätze zur Gestaltung von benutzerfreundlichen Mensch-Maschine-Schnittstellen im Bereich Hardware und Software vorgestellt. Die betrachteten Ansätze wurden ursprünglich für den Endkundenbereich entwickelt, sind aber auch für CPS nutzbar. In ...

Diese Ausgabe der Industrie Management untersucht die Auswirkungen von Cyber-Physischen Systemen auf Geringqualifizierte, die Chancen nachhaltiger Produktionsstrategien und die Transformation der Fertigungsindustrie. Weitere Themen sind urbane Fabriken, globale Engineering-Prozesse, Innovationen bei KEP-Dienstleistern, die Bewältigung steigender Produktkomplexität und neue Ansätze für Supply-Chain-Finance. 

Mit dem Förderprogramm „Forschung für die Produktion von morgen“ im Themenfeld Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ leitet das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die vierte industrielle Revolution ein. Hierbei wird innerhalb von Forschungsprojekten beabsichtigt, Cyber-Physische Systeme in Produktion und Logistik einzuführen. Das BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH an der Universität Bremen entwickelt hierzu innerhalb des Projekts „Cyber-Physische Produktionsprozesse - Produktivitäts- und Flexibilitätssteigerung durch die Vernetzung intelligenter Systeme in der Fabrik“ (CyProS) ein Cyber-Physisches Logistiksystem.

Die vierte industrielle Revolution verspricht durch sogenannte Cyber-physische Systeme eine weitere Automatisierung der Prozesssteuerung. Die einzelnen Produkte erhalten die Fähigkeit, selbstständig ihre Produktion und Logistik zu steuern und dabei koordiniert die Unternehmensziele zu erreichen. Diese logische Verteilung reduziert die Komplexität der Steuerung unternehmensübergreifender Prozesse erheblich. Selbst kurzfristig auftretende Störungen können so in Echtzeit behandelt werden. In der betrieblichen Praxis wird die hierfür benötigte künstliche Intelligenz in der Regel nicht auf den aktiven Objekten selbst implementiert werden. Stattdessen werden adäquate Software-Plattformen für die Industrie 4.0 benötigt. Dieser Beitrag untersucht die Anforderungen an solche Plattformen und beschreibt, wie sie implementiert werden können.

Die Digitalisierung als dritte industrielle Revolution ist in vollem Gange. Die Zukunft aber gehört adaptiven, flexiblen und dynamischen Produktionssystemen. Im Zuge der vierten industriellen Revolution wird Maschinen und Bauteilen Intelligenz verliehen. Um dem Wettbewerb standhalten zu können, müssen Unternehmen bereits jetzt den Schritt in Richtung Industrie 4.0 wagen. Die dafür notwendigen Technologien sind vorhanden und einsatzbereit.